(57)【要約】【課題】  導電性支持部材と各部材とのロウ付け部分及び導電性支持部材、さらにはフランジと光取出し窓とのロウ付け部分及び光取出し窓が破損する、という不具合の発生を確実に防止することが可能なショートアークランプを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明のショートアークランプは、絶縁材料からなり、内部に反射面を有する凹所が形成されたランプ本体と、前記凹所において前記反射面の焦点位置に所定の間隔を持って対向配置された陰極及び陽極と、前記反射面の開口縁に配置され、前記陰極を支持するための導電性支持部材が電気的に接続された陰極側給電部材と、前記反射面の開口側に配置され、内周面に光取出し窓が固定されたフランジと、前記フランジを前記ランプ本体に連結するための金属部材と、前記ランプ本体の基端面に配置され、前記陽極を支持するための陽極側給電部材とを備え、前記給電部材は、前記フランジとの間に熱絶縁層を介し、かつ、前記金属部材に固定されたことを特徴とする。【選択図】  図１
2006012621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなり、内部に反射面を有する凹所が形成されたランプ本体と、前記凹所において前記反射面の焦点位置に所定の間隔を持って対向配置された陰極及び陽極と、前記反射面の開口縁に配置され、前記陰極を支持するための導電性支持部材が電気的に接続された陰極側給電部材と、前記反射面の開口側に配置され、内周面に光取出し窓が固定されたフランジと、前記フランジを前記ランプ本体に連結するための金属部材と、前記ランプ本体の基端面に配置され、前記陽極を支持するための陽極側給電部材とを備えたショートアークランプにおいて、
前記陰極側給電部材は、前記フランジとの間に熱絶縁層を介し、かつ、前記金属部材に固定されたことを特徴とするショートアークランプ。
【請求項２】
前記熱絶縁層は、熱絶縁部材であることを特徴とする請求項１に記載のショートアークランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁材料として、例えばアルミナにより形成されたランプ本体に反射面が形成された反射面一体型のショートアークランプ（以下、単にランプとも称す）に関するものである。特に、内視鏡、データプロジェクタのバックライト等に使用するショートアークランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁材料であるセラミックス（例えばアルミナ）からなるランプ本体の内部に凹状反射面を形成し、光取出し方向である反射面の開口部を透光性ガラスで覆った反射面一体型のショートアークランプが知られている（特許文献１参照）。かかるランプは、別体の反射鏡と組合せる必要がないので光源装置の小型化が可能であり、全体形状が略円柱状であって極めて頑丈で取り扱いが容易であるという利点を有する。このようなショートアークランプは、映写機や分光計のように強力な点光源から平行光を利用する分野や、点光源を微小面積に集光して光ファイバーなどを通して照明や加熱を行う分野などにおいて使用されている。
【０００３】
図３は、従来のショートアークランプを説明するための長手方向における断面図である。
ショートアークランプ３００は、絶縁材料からなる円柱状のランプ本体３１を備える。ランプ本体３１の内部に形成された凹所３１１において、陰極３２と陽極３３とが対向配置されており、凹所３１１の表面には反射面３１２が形成されている。ランプ本体３１の基端面３１３には、陽極側給電部材３４が筒状の後方側金属部材３５によって固定されている。陽極３３は、陽極側給電部材３４の中央に設けられた貫通穴３４１に挿通され、陽極側給電部材３４にロウ付けにより保持され、その先端がランプ本体３１の基端面３１３側の中心穴３１４から凹所３１１内に突出している。
陰極３２に電気的に接続された導電性支持部材３６は、陰極側給電部材３７の内周部に電気的に接続される。この状態で陰極側給電部材３７が、ランプ本体１の開口縁３１５に配置された絶縁部材３８を介して反射面３１２の開口側に配置される。これにより、ランプ本体３１の凹所表面に形成される反射面３１２と陰極側給電部材３７との電気的な絶縁が確保される。フランジ３９は、リング状の第１のフランジ４０及び第１のフランジ４０の内周面に固定された第２のフランジ４１を備える。第２のフランジ４１の内周面には可視光透過性を有する光取出し窓４２が嵌め込まれてロウ付けされることにより固定されている。このようなフランジ３９は、第１のフランジ４０の外周面に形成された凸部４０１を溶接した箇所においてのみ前方側金属部材４３に固定されることによってランプ本体３１に連結される。このとき第１のフランジ４０及び陰極側給電部材３７と前方側金属部材４３との間には間隙４４が形成される。
放電空間Ｓには、陽極側給電部材３４に設けられた排気管３４２により発光ガスとして、例えばキセノンガスが封入される。上記構成のショートアークランプ３００は、後方側金属部材３５と前方側金属部材４３との間に通電することにより、第１のフランジ４０と陰極側給電部材３７と導電性支持部材３６とを経て陰極３２に給電され、陽極側給電部材３４を経て陽極３３に給電され、陰極３２と陽極３３との間で絶縁破壊が生じることで放電が起こり点灯するものである。
【０００４】
上記構成のランプは、両電極間に形成されるアークが反射面３１２の焦点もしくはその近傍に集光されるものであり、点灯時における発熱が激しいため、放熱フィンの設けられた不図示の放熱電極を後方側金属部材３５及び前方側金属部材４３の近傍に取り付け、冷却風を放熱電極に流すことにより冷却を行いながら使用するものである。
【特許文献１】特許第３１５８８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のようなショートアークランプにおいては、以下のような不具合が生じることにより長時間にわたって使用することができない、という問題があった。
（１）導電性支持部材３６が過剰に膨張あるいは収縮することにより、陰極３２と導電性支持部材３６とのロウ付け部分又は導電性支持部材３６と陰極側給電部材３７とのロウ付け部分が破損し、導電性支持部材３６自体が破損することもある。
（２）第２のフランジ４１の内周面には光取出し窓４２がロウ付けにより固定されているが、ランプへの投入電力を増加させた場合には、このロウ付け部分に第２のフランジ４１を構成する材料（例えばコバール）と光取出し窓４２を構成する材料（例えばサファイア）との各々の熱膨張率が異なることによって過大な応力が加わり、第２のフランジ４１と光取出し窓４２とのロウ付け部分が破損し、光取出し窓４２が破損する場合もある。
【０００６】
上記のような不具合は、ランプへの投入電力を増加させたり、点灯と消灯を繰り返し行ったりすることで顕著に生じる。
上記（１）の不具合が生じる原因は、（Ａ）点灯時に陰極３２の先端で生じた熱が導電性支持部材３６、陰極側給電部材３７、第１のフランジ４０の３つもの部材を経て前方側金属部材４３に伝わること、言い換えれば、陰極３２から前方側金属部材４３に至るまでの放熱距離が長いこと、（Ｂ）第１のフランジ４０は、その外周面に形成された凸部４０１で前方側金属部材４３に溶接で接続されているため、第１のフランジ４０と前方側金属部材４３との接触面積が小さいこと、（Ｃ）導電性支持部材３６が薄い板状のものであるため熱容量が小さいこと、等の種々の要因により放熱を十分に行えないことによるものと考えられる。
上記（２）の不具合が生じる原因は、第１のフランジ４０の内周面に第２のフランジ４１が固定されているため、陰極３２で生じた熱が第１のフランジ４０を介して伝わることにより第２のフランジ４１が高温状態となることによるものと考えられる。
【０００７】
以上から本発明は、導電性支持部材と各部材とのロウ付け部分若しくは導電性支持部材が破損すること、さらにはフランジと光取出し窓とのロウ付け部分若しくは光取出し窓が破損することによる不具合の発生を確実に防止することができ、長時間にわたって使用することが可能なショートアークランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のショートアークランプは、絶縁材料からなり、内部に反射面を有する凹所が形成されたランプ本体と、前記凹所において前記反射面の焦点位置に所定の間隔を持って対向配置された陰極及び陽極と、前記反射面の開口縁に配置され、前記陰極を支持するための導電性支持部材が電気的に接続された陰極側給電部材と、前記反射面の開口側に配置され、内周面に光取出し窓が固定されたフランジと、前記フランジを前記ランプ本体に連結するための金属部材と、前記ランプ本体の基端面に配置され、前記陽極を支持するための陽極側給電部材とを備え、
前記陰極側給電部材は、前記フランジとの間に熱絶縁層を介し、かつ、前記金属部材に固定されたことを特徴とするショートアークランプ。
【０００９】
本発明のショートアークランプは、前記熱絶縁層が絶縁部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のショートアークランプによると、陰極側給電部材の外周面が前方側金属部材の内周面に接続された構造であるため、点灯時に熱源となる陰極から前方側金属部材に至るまでの放熱経路には導電性支持部材及び陰極側給電部材のみが介在することになり、従来のショートアークランプと比較して放熱距離を大幅に短縮することができる。これにより、ランプへの投入電力を増やした場合にも点灯時に熱源となる陰極の放熱を効率良く行うことができるため、導電性支持部材は、その熱容量が小さい場合にも過剰に高温状態となることはなく、過剰に膨張と収縮を繰り返すこともなく、導電性支持部材と陰極若しくは陰極側給電部材との接続部分若しくは導電性支持部材が破損することを確実に防止できる。
さらに、陰極側給電部材とフランジとの間に熱絶縁層が介在していることにより、フランジが点灯時に熱源となる陰極と熱的に絶縁されて高温状態とならないため、フランジとその内周面に固定された光取出し窓とのロウ付け部分若しくは光取出し窓が破損することを確実に防止できる。
その結果、ショートアークランプを長時間にわたって使用することが可能になる、という格別の効果を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のショートアークランプの一実施形態について図１及び図２を用いて説明する。図１は長手方向における断面図であり、図２は正面から見た図である。
【００１２】
ショートアークランプ１００は、反射鏡としてのランプ本体１を備えている。ランプ本体１は、例えばアルミナで製作されたものであり、内部に凹所１１が形成され、外観は円柱形状である。凹所１１の表面には、例えば銀やアルミニウムなどの金属が蒸着されて反射面１２が形成されている。金属蒸着膜に代えて誘電体多層膜を形成しても良い。反射面１２の断面は、楕円形や放物線形などである。
【００１３】
ランプ本体１の凹所１１には、タングステンからなる陽極２と陰極３が０．５〜２ｍｍの間隔をあけて光軸Ｌに重なるように対向して配置されており、両電極間の中心はランプ本体１の焦点付近に位置している。ランプ本体１は、その基端面１３において、筒状の後方側金属部材４を用いてランプ本体１と概ね同径の陽極側給電部材５を連結している。陽極側給電部材５は、例えば鉄鋼材からなり、外観が円柱状である。陽極２は、陽極側給電部材５の中心に設けられた貫通穴５１に挿通されてロウ付けにより固定され、ランプ本体１の基端面１３側の中心穴１４から凹所１１内に突出している。
【００１４】
前方側金属部材６は、例えばコバールからなる筒状のものであり、ランプ本体１の開口側の外周を覆うように配置されている。そして、前方側金属部材６によって覆われたランプ本体１の外周にはモリブデンマンガン法によるメタライズ処理が施されており、この部分にロウ付けにより固定されている。
前方側金属部材６の外周には従来のショートアークランプと同様に放熱電極が設けられ、これに冷却風を流しながら点灯を行うものである。
【００１５】
フランジ７は、第１のフランジ７１と、第１のフランジ７１の内周面に形成された凸部７３の平坦部７４に固定された第２のフランジ７２とを備えている。第１のフランジ７１及び第２のフランジ７２は、例えばコバールから構成され、外観はリング状である。第２のフランジ７２の内周面には、円板状の光取出し窓８が嵌め込まれてロウ付けにより固定されている。光取出し窓８は、可視光透過性を有する必要があるため、例えばサファイアから構成されており、その表面には減反射や紫外線カットなどの機能を持つコーティング処理が施されている。そして、フランジ７は、第１のフランジ７１の外周面において前方側金属部材６の内周面に固定され、ランプ本体１に連結されている。
尚、フランジは、図１に示す形態のように２つの部材からなるものに限られず、単一の部材を使用しても良い。
【００１６】
陰極側給電部材９は、例えばコバールからなるリング状のものであり、ランプ本体１の開口縁１５に配置され、その外周面が前方側金属部材６の内周面にロウ付けにより固定されて電気的に接続されており、この点が本発明の最大の特徴である。ロウ付け以外にも、アーク溶接等で接続しても良い。
こうすることにより、陰極側給電部材９と前方側金属部材６との間を最短距離で結び十分な接触面積を確保できるので、放熱効率を向上させることができる。この効果は、図３に示すような従来のショートアークランプ３００のような、給電機能を兼ねる第１のフランジ４０と前方側金属部材４３との接触面積が小さいものにおいては期待することができない。
【００１７】
陰極側給電部材９の内周面に形成された嵌合溝には、モリブデンからなる板状の導電性支持部材１０が嵌め込まれ、ロウ付けにより固定されている。図２に示すように、陰極３は、その外周に３つの導電性支持部材１０がロウ付けされることにより、所定の位置に保持されている。
【００１８】
さらに、陰極側給電部材９は、第１のフランジ７１との間に熱絶縁層を介するものである。図１に示すショートアークランプ１００においては、陰極側給電部材９と第１のフランジ７１とを熱的に絶縁するために両者の間に介在している熱絶縁部材２０が熱絶縁層である。こうすることにより、点灯時に熱源となる陰極３から第１のフランジ７１を熱的に絶縁することができるので、第２のフランジ７２と光取出し窓８との接合部分及び光取出し窓８が破損することを防止できる。熱絶縁部材２０は、例えばアルミナからなるリング状のものであるが、上記の効果を有効に発揮するために陰極側給電部材９を構成する材料よりも熱伝導率が低い材料によって構成されることが望ましく、具体的には前記アルミナの他に、セラミックス材料やガラス等から構成することが望ましい。
【００１９】
尚、本発明のショートアークランプ１００において、熱絶縁部材２０を用いない場合には、気体層、すなわち後述のように放電空間Ｓに封入された発光用ガスのうち陰極側給電部材９と第１のフランジ７１との間に介在するものが熱絶縁層となる。
【００２０】
このようなショートアークランプ１００は、ランプ本体１、陽極２、陽極側給電部材５、前方側金属部材６、フランジ７、光取出し窓８によって概ね密閉された放電空間Ｓが形成される。放電空間Ｓには、陽極側給電部材５に設けられた排気管５２により発光用ガスとして、例えばキセノンガスが封入される。そして、後方側金属部材４及び前方側金属部材６に通電することにより、陽極側給電部材５を経て陽極２に給電され、陰極側給電部材９及び導電性支持部材１０を経て陰極３に給電され、陽極２と陰極３との間で絶縁破壊して放電が生じる。
【００２１】
上記構成のショートアークランプ１００の数値例を示すと以下の通りである。
ランプ本体１は、外径が２２ｍｍ〜７０ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが１２ｍｍ〜８０ｍｍである。陽極２は、最大外径が２．５ｍｍ〜６ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが１０ｍｍ〜３０ｍｍである。陰極３は、先端に３０°〜６０°のテーパ角が付されており、最大外径が１．５ｍｍ〜４ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが１０ｍｍ〜７７ｍｍである。陽極側給電部材５は、外径が２２ｍｍ〜７０ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが７ｍｍ〜２０ｍｍである。前方側金属部材６は、外径が２３ｍｍ〜７２ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが７ｍｍ〜１２ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍである。後方側金属部材４は、外径が２３ｍｍ〜７２ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが６ｍｍ〜１２ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍである。第１のフランジ７１は、外径が２２ｍｍ〜７０ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが４ｍｍ〜７ｍｍである。第２のフランジ７２は、外径が１８ｍｍ〜５６ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが６ｍｍ〜１０ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍである。光取出し窓８は、外径が１７ｍｍ〜５４ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが２．５ｍｍ〜５ｍｍである。陰極側給電部材９は、外径が２２ｍｍ〜７０ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが１ｍｍ〜３ｍｍ、幅が２．５ｍｍ〜７ｍｍである。導電性支持部材１０は、幅が２ｍｍ〜５ｍｍ、肉厚が０．３ｍｍ〜０．８ｍｍである。熱絶縁部材２０は、外径が２１ｍｍ〜６９ｍｍ、光軸Ｌ方向長さが１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ、幅が２．５ｍｍ〜７ｍｍである。放電空間Ｓに封入されるキセノンガスの封入量は、封入時において１５kＰａ〜３０kＰａである。点灯条件は、定格電流が８Ａ〜１１０Ａ、定格電力が７５Ｗ〜３KＷである。
【００２２】
以上のような本発明のショートアークランプによると、陰極側給電部材９の外周面が前方側金属部材６の内周面に固定された点に特徴がある。こうすることにより、点灯時に熱源となる陰極３から放熱電極が設けられた前方側金属部材６に至るまでの放熱経路には導電性支持部材１０及び陰極側給電部材９のみが介在することになり、従来のショートアークランプと比較して放熱距離を大幅に短縮することができ、さらには、陰極側給電部材９と前方側金属部材６との接触面積を十分に確保できる。従って、点灯時に熱源となる陰極３の放熱を効率良く行うことができるので、導電性支持部材１０は熱容量が小さい場合にも過剰に高温状態となることはなく、導電性支持部材１０と陰極３若しくは陰極側給電部材９との接続部分若しくは導電性支持部材１０自体が破損することを確実に防止できる。
さらに、陰極側給電部材９は、フランジ７（第１のフランジ７１）との間に熱絶縁層を介していることにより、フランジ７が点灯時に熱源となる陰極３と熱的に絶縁されており高温状態となることがない。よって、フランジ７（第２のフランジ７２）と光取出し窓８とのロウ付け部分及び光取出し窓８自体が破損することを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のショートアークランプの長手方向における断面図である。
【図２】本発明のショートアークランプを正面から見た図である。
【図３】従来のショートアークランプの長手方向における断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１      ランプ本体
２      陽極
３      陰極
４      後方側金属部材
５      陽極側給電部材
６      前方側金属部材
７      フランジ
８      光取出し窓
９      陰極側給電部材
１０    導電性支持部材
１１    凹所
１２    反射面
１３    基端面
１４    中心穴
１５    開口縁
２０    熱絶縁部材
５１    貫通穴
５２    排気管
７１    第１のフランジ
７２    第２のフランジ
７３    凸部
７４    平坦面
１００  ショートアークランプ
Ｓ      放電空間
Ｌ      光軸
３１    ランプ本体
３２    陰極
３３    陽極
３４    陽極側給電部材
３５    後方側金属部材
３６    導電性支持部材
３７    陰極側給電部材
３８    絶縁部材
３９    フランジ
４０    第１のフランジ
４１    第２のフランジ
４２    光取出し窓
４３    前方側金属部材
４４    間隙
３００  ショートアークランプ
３１１  凹所
３１２  反射面
３１３  基端面
３１４  中心穴
３１５  開口縁
４０１  凸部
【図１】
2006012621.tif 000003
【図２】
2006012621.tif 000004
【図３】
2006012621.tif 000005